一种基于杠杆结构的面内敏感轴微机械陀螺

摘要

本发明涉及一种基于杠杆结构的面内敏感轴微机械陀螺，包括：多个杠杆式解耦单元，与所述杠杆式解耦单元相连接的耦合单元；所述杠杆式解耦单元包括：驱动质量块，检测质量块，解耦结构，驱动结构，检测电极；所述驱动质量块和所述检测质量块相邻的间隔设置且与所述解耦结构相对的两端分别固定连接；所述解耦结构为杠杆式解耦结构，其在外力作用下可产生垂直于轴向的弹性形变；所述驱动结构与所述驱动质量块相连接，所述检测电极设置在所述检测质量块正下方。本发明的解耦结构不仅实现了面内陀螺的驱动模态和检测模态解耦，还通过杠杆的放大作用提升了面内敏感轴微机械陀螺的信噪比。

权利要求

1.一种基于杠杆结构的面内敏感轴微机械陀螺，其特征在于，包括：多个杠杆式解耦单元（1），与所述杠杆式解耦单元（1）相连接的耦合单元（2）；

所述杠杆式解耦单元（1）包括：驱动质量块（11），检测质量块（12），解耦结构（13），驱动结构（14），检测电极；

所述驱动质量块（11）和所述检测质量块（12）相邻的间隔设置且与所述解耦结构（13）相对的两端分别固定连接；

所述解耦结构（13）为杠杆式解耦结构，其在外力作用下可产生垂直于轴向的弹性形变；

所述驱动结构（14）与所述驱动质量块（11）相连接，所述检测电极设置在所述检测质量块（12）正下方；

所述解耦结构（13）包括：驱动杠杆部分（131）、检测杠杆部分（132）和杠杆支点梁（133）；

所述驱动杠杆部分（131）、检测杠杆部分（132）分别与所述杠杆支点梁（133）固定连接，且分别位于所述杠杆支点梁（133）的相对两侧；

所述驱动杠杆部分（131）的弯曲刚度小于所述检测杠杆部分（132）的弯曲刚度；

所述解耦结构（13）为扁平结构，且所述驱动杠杆部分（131）厚度方向的弯曲刚度大于宽度方向的弯曲刚度，所述检测杠杆部分（132）厚度方向的弯曲刚度大于宽度方向的弯曲刚度。

2.根据权利要求1所述的面内敏感轴微机械陀螺，其特征在于，多个所述杠杆式解耦单元（1）规则的多排阵列，且相邻所述杠杆式解耦单元（1）镜像对称。

3.根据权利要求2所述的面内敏感轴微机械陀螺，其特征在于，所述驱动杠杆部分（131）包括：多个驱动杠杆梁（1311），所述驱动杠杆梁（1311）沿所述杠杆支点梁（133）的轴向间隔的在所述杠杆支点梁（133）上排列布置；其中，通过调整所述驱动杠杆梁（1311）的尺寸、截面形状、设置间隔、设置数量中的至少一种参数调整所述驱动杠杆部分（131）的弯曲刚度；

所述检测杠杆部分（132）包括：多个检测杠杆梁（1321），所述检测杠杆梁（1321）沿所述杠杆支点梁（133）的轴向等间隔的在所述杠杆支点梁（133）上排列布置；其中，通过调整所述检测杠杆梁（1321）的尺寸、截面形状、设置间隔、设置数量中的至少一种参数调整所述驱动杠杆部分（131）的弯曲刚度。

4.根据权利要求3所述的面内敏感轴微机械陀螺，其特征在于，所述杠杆支点梁（133）轴向两端分别设置有连接锚点（1331）；

所述连接锚点（1331）通过弹性梁（1331a）与所述驱动质量块（11）相连接。

5.根据权利要求4所述的面内敏感轴微机械陀螺，其特征在于，所述驱动质量块（11）和所述检测质量块（12）均为扁平结构，且与所述解耦结构（13）处于同一平面内；

多个所述杠杆式解耦单元（1）的所述检测质量块（12）相互弹性连接；

多个所述杠杆式解耦单元（1）的所述驱动质量块（11）相互弹性连接。

6.根据权利要求5所述的面内敏感轴微机械陀螺，其特征在于，每个所述杠杆式解耦单元（1）的驱动质量块（11）的相对两侧均设置有所述驱动结构（14）；

所述驱动结构（14）用于驱动所述驱动质量块（11）沿平行于所述解耦结构（13）的方向往复移动。

7.根据权利要求1至6任一项所述的面内敏感轴微机械陀螺，其特征在于，所述杠杆式解耦单元（1）为四个；

所述耦合单元（2）包括：第一连接梁（21）、第二连接梁（22）、第三连接梁（23）和耦合锚点（24）；

所述第一连接梁（21）为杆状梁，其设置于所述面内敏感轴微机械陀螺的外侧；

在所述第一连接梁（21）的端部和中部位置均设置有弹性连接部（211），其端部位置的所述弹性连接部（211）用于连接间隔设置的所述驱动质量块（11）上的所述驱动结构（14），其中部位置的所述弹性连接部（211）用于连接相邻的所述检测质量块（12）；

所述第二连接梁（22）为弹性梁，用于连接相邻所述驱动质量块（11）上的所述驱动结构（14）；

所述第三连接梁（23）为弹性梁，其设置于所述面内敏感轴微机械陀螺的中部位置，用于连接相邻所述检测质量块（12）；

所述耦合锚点（24）设置有弹性连接结构，通过所述弹性连接结构与相邻的所述检测质量块（12）相连接；

所述耦合锚点（24）位于所述第三连接梁（23）和所述第一连接梁（21）之间。

8.根据权利要求7所述的面内敏感轴微机械陀螺，其特征在于，所述第二连接梁（22）包括：具有弹性的菱形连接架（221），在所述菱形连接架（221）长度方向的两端设置的弹性梁（222）；

所述菱形连接架（221）宽度方向的两端与相邻的所述驱动结构（14）相连接，所述菱形连接架（221）长度方向的两端设置的弹性梁（222）相对的两端与相邻的所述驱动结构（14）相连接；

所述驱动结构（14）采用梳齿结构产生的水平静电力驱动所述驱动质量块（11）。

说明书

一种基于杠杆结构的面内敏感轴微机械陀螺

技术领域

[0001] 本发明涉及微机电系统与传感器领域，尤其涉及一种基于杠杆结构的面内敏感轴微机械陀螺。

背景技术

[0002] 陀螺仪是测量载体相对惯性空间旋转运动的传感器，是运动测量、惯性导航、制导控制等领域的核心器件，在航空航天、智能机器人、制导弹药等高端工业装备和精确打击武
器中具有非常重要的应用价值。目前，陀螺仪主要有机械转子陀螺、激光陀螺、光纤陀螺和
微机电陀螺等类型。其中，基于微机电系统（MEMS）技术的陀螺仪具有体积小、成本低、功耗
低、寿命长、可批量生产等显著特点，特别适用于对体积、低功耗要求比较高的领域。

[0003] 微机械陀螺根据敏感轴方向可以分为面内微机械陀螺和面外微机械陀螺。其中，面内微机械陀螺的敏感轴在面内，即陀螺用于敏感x‑y轴向的角速度；而面外微机械陀螺的
敏感轴在面外，即陀螺用于敏感z轴向的角速度。面外微机械陀螺由于驱动轴和检测轴均位
于面内，易于实现模态对称和解耦，因此性能目前远高于面内微机械陀螺。面内微机械陀螺
由于其驱动轴和检测轴在面外，受限于目前微机械加工工艺，无法实现模态对称，也很难实
现模态解耦。而模态解耦对于减小模态之间的耦合误差，提高陀螺的零偏稳定性和零偏漂
移性能，提升陀螺的工作可靠性具有十分重要的意义。

[0004] 对于MEMS陀螺而言，由于尺寸小，加工误差对其性能的影响尤为严重，其中模态耦合误差是最为重要的因素。模态耦合误差指的是，加工误差导致驱动模态与检测电极之间
不完全正交，因此，当不存在外界角速度输入时，检测电极也能敏感到信号，并且该信号随
外界环境的变化而改变，严重影响陀螺的精度和稳定性。模态解耦则是通过结构上的设计，
将模态耦合误差减小，提高陀螺的精度和零偏稳定性。

[0005] 目前的面外MEMS陀螺由于其驱动模态和检测模态均位于面内，因此基于目前的MEMS工艺易于实现模态解耦，大部分的高精度MEMS面外陀螺也都设计有模态解耦结构，同
时也证明了通过模态解耦的MEMS陀螺性能得到明显提升。而对于面内MEMS陀螺而言，由于
其驱动模态和检测模态不在同一平面，较难实现模态解耦结构的设计，因此目前的面内
MEMS陀螺几乎都未实现模态解耦。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种基于杠杆结构的面内敏感轴微机械陀螺。

[0007] 为实现上述发明目的，本发明提供一种基于杠杆结构的面内敏感轴微机械陀螺，包括：多个杠杆式解耦单元，与所述杠杆式解耦单元相连接的耦合单元；

[0008] 所述杠杆式解耦单元包括：驱动质量块，检测质量块，解耦结构，驱动结构，检测电极；

[0009] 所述驱动质量块和所述检测质量块相邻的间隔设置且与所述解耦结构相对的两端分别固定连接；

[0010] 所述解耦结构为杠杆式解耦结构，其在外力作用下可产生垂直于轴向的弹性形变；

[0011] 所述驱动结构与所述驱动质量块相连接，所述检测电极设置在所述检测质量块正下方。

[0012] 根据本发明的一个方面，多个所述杠杆式解耦单元规则的多排阵列，且相邻所述杠杆式解耦单元镜像对称。

[0013] 根据本发明的一个方面，所述解耦结构包括：驱动杠杆部分、检测杠杆部分和杠杆支点梁；

[0014] 所述驱动杠杆部分、检测杠杆部分分别与所述杠杆支点梁固定连接，且分别位于所述杠杆支点梁的相对两侧；

[0015] 所述驱动杠杆部分的弯曲刚度小于所述检测杠杆部分的弯曲刚度。

[0016] 根据本发明的一个方面，所述解耦结构为扁平结构，且所述驱动杠杆部分厚度方向的弯曲刚度大于宽度方向的弯曲刚度，所述检测杠杆部分厚度方向的弯曲刚度大于宽度
方向的弯曲刚度。

[0017] 根据本发明的一个方面，所述驱动杠杆部分包括：多个驱动杠杆梁，所述驱动杠杆梁沿所述杠杆支点梁的轴向间隔的在所述杠杆支点梁上排列布置；其中，通过调整所述驱
动杠杆梁的尺寸、截面形状、设置间隔、设置数量中的至少一种参数调整所述驱动杠杆部分
的弯曲刚度；

[0018] 所述检测杠杆部分包括：多个检测杠杆梁，所述检测杠杆梁沿所述杠杆支点梁的轴向等间隔的在所述杠杆支点梁上排列布置；其中，通过调整所述检测杠杆梁的尺寸、截面
形状、设置间隔、设置数量中的至少一种参数调整所述驱动杠杆部分的弯曲刚度。

[0019] 根据本发明的一个方面，所述杠杆支点梁轴向两端分别设置有连接锚点；

[0020] 所述连接锚点通过弹性梁与所述驱动质量块相连接。

[0021] 根据本发明的一个方面，所述驱动质量块和所述检测质量块均为扁平结构，且与所述解耦结构处于同一平面内；

[0022] 多个所述杠杆式解耦单元的所述检测质量块相互弹性连接；

[0023] 多个所述杠杆式解耦单元的所述驱动质量块相互弹性连接。

[0024] 根据本发明的一个方面，每个所述杠杆式解耦单元的驱动质量块的相对两侧均设置有所述驱动结构；

[0025] 所述驱动结构用于驱动所述驱动质量块沿平行于所述解耦结构的方向往复移动。

[0026] 根据本发明的一个方面，所述杠杆式解耦单元为四个；

[0027] 所述耦合单元包括：第一连接梁、第二连接梁、第三连接梁和耦合锚点；

[0028] 所述第一连接梁为杆状梁，其设置于所述面内敏感轴微机械陀螺的外侧；

[0029] 在所述第一连接梁的端部和中部位置均设置有弹性连接部，其端部位置的所述弹性连接部用于连接间隔设置的所述驱动质量块上的所述驱动结构，其中部位置的所述弹性
连接部用于连接相邻的所述检测质量块；

[0030] 所述第二连接梁为弹性梁，用于连接相邻所述驱动质量块上的所述驱动结构；

[0031] 所述第三连接梁为弹性梁，其设置于所述面内敏感轴微机械陀螺的中部位置，用于连接相邻所述检测质量块；

[0032] 所述耦合锚点设置有弹性连接结构，通过所述弹性连接结构与相邻的所述检测质量块相连接；

[0033] 所述耦合锚点位于所述第三连接梁和所述第一连接梁之间。

[0034] 根据本发明的一个方面，所述第二连接梁包括：具有弹性的菱形连接架，在所述菱形连接架长度方向的两端设置的弹性梁；

[0035] 所述菱形连接架宽度方向的两端与相邻的所述驱动结构相连接，所述弹性梁相对的两端与相邻的所述驱动结构相连接；

[0036] 所述驱动结构采用梳齿结构产生的水平静电力驱动所述驱动质量块。

[0037] 根据本发明的一种方案，本发明的解耦结构不仅实现了面内陀螺的驱动模态和检测模态解耦，还通过杠杆的放大作用提升了面内敏感轴微机械陀螺的信噪比。

[0038] 根据本发明的一种方案，本发明整体结构由对称的多个杠杆式解耦单元组成，通过耦合单元将其连接起来，实现差分运动，从而有效消除了外界环境影响，提高稳定性。

[0039] 根据本发明的一种方案，本发明的杠杆式解耦结构，在驱动杠杆部分和检测杠杆部分的设计中采用不同弯曲刚度（通过改变梁宽、截面形状等方式实现）的多梁杠杆，将驱
动杠杆部分在水平方向的弯曲刚度减小的同时增大法向方向的弯曲刚度。同时通过锚点支
撑的杠杆支点梁的隔离作用，使得由驱动杠杆部分的水平弯曲引起的检测杠杆部分水平位
移大幅减小，从而更加有效的实现了模态解耦。

[0040] 根据本发明的一种方案，由于解耦结构中驱动杠杆部分和检测杠杆部分的法向弯曲刚度较大，能够实现驱动质量块的法向方向位移传递到检测质量块，从而有效的实现了
本发明对角速度的检测。

[0041] 根据本发明的一种方案，由于杠杆具有位移放大的效果，进而本发明的解耦结构通过合理设计驱动杠杆部分的力臂与检测杠杆部分的力臂的比例可以实现检测位移的放
大，提升检测质量块的法向位移，从而提升本发明的信噪比。

[0042] 根据本发明的一种方案，本发明的面内敏感轴微机械陀螺，基于梳齿静电驱动，平板电容检测的原理。采用了四个对称的大面积敏感质量块，具有灵敏度高，抗干扰能力较强
的优势。该结构具有驱动模态和检测模态解耦的优势，能够有效抑制加工误差导致的模态
耦合误差，从而提升陀螺的稳定性。

[0043] 根据本发明的一种方案，本发明所特有的解耦结构，能够实现MEMS面内陀螺的模态解耦。通过设计多梁的水平弯曲刚度和法向弯曲刚度，实现了水平方向的解耦和法向方
向的耦合。

附图说明

[0044] 图1是示意性表示根据本发明的一种实施方式的面内敏感轴微机械陀螺的结构图；

[0045] 图2是示意性表示根据本发明的一种实施方式的杠杆式解耦单元的结构图；

[0046] 图3是示意性表示根据本发明的一种实施方式的面内敏感轴微机械陀螺的驱动模态图；

[0047] 图4是示意性表示根据本发明的一种实施方式的面内敏感轴微机械陀螺的检测模态图。

具体实施方式

[0048] 为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些
实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些
附图获得其他的附图。

[0049] 在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于
相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或
暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不
能理解为对本发明的限制。

[0050] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

[0051] 结合图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的一种基于杠杆结构的面内敏感轴微机械陀螺，包括：多个杠杆式解耦单元1，与杠杆式解耦单元1相连接的耦合单
元2。在本实施方式中，杠杆式解耦单元1包括：驱动质量块11，检测质量块12，解耦结构13，
驱动结构14，检测电极；其中，驱动质量块11和检测质量块12相邻的间隔设置且与解耦结构
13相对的两端分别固定连接；解耦结构13为杠杆式解耦结构，其在外力作用下可产生垂直
于轴向的弹性形变；驱动结构14与驱动质量块11相连接，检测电极设置在检测质量块12正
下方。

[0052] 在本实施方式中,检测电极设置在检测质量块12的一侧,检测电极采用一块单独的硅片制成其与检测质量块12之间具有间隙的构成电容结构。在检测质量块12发生变化时
引起所形成的电容结构的变化即可实现对检测质量块12运动的检测。在本实施方式中，检
测电极与检测质量块12之间的间隙可设置为2μm。

[0053] 如图1所示，根据本发明的一种实施方式，多个杠杆式解耦单元1规则的多排阵列，且相邻杠杆式解耦单元1镜像对称。在本实施方式中，杠杆式解耦单元1为四个；其中，两两
的并排设置，而且并排设置的杠杆式解耦单元1相互对称设置，两排杠杆式解耦单元1也相
互对称设置。

[0054] 结合图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式，解耦结构13包括：驱动杠杆部分131、检测杠杆部分132和杠杆支点梁133。在本实施方式中，驱动杠杆部分131、检测杠杆部
分132分别与杠杆支点梁133固定连接，且分别位于杠杆支点梁133的相对两侧。在本实施方
式中，驱动杠杆部分131的弯曲刚度小于检测杠杆部分132的弯曲刚度。

[0055] 结合图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式，解耦结构13为扁平结构，且驱动杠杆部分131厚度方向（即法向）的弯曲刚度大于宽度方向（即水平方向）的弯曲刚度，检测
杠杆部分132厚度方向（即法向）的弯曲刚度大于宽度方向（即水平方向）的弯曲刚度。

[0056] 结合图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式，驱动杠杆部分131包括：多个驱动杠杆梁1311，驱动杠杆梁1311沿杠杆支点梁133的轴向间隔的在杠杆支点梁133上排列布
置；在本实施方式中，在驱动杠杆梁1311远离杠杆支点梁133的一端还可以设置横梁与所有
的驱动杠杆梁1311的端部相连接，进一步通过横梁与驱动质量块11固定。在本实施方式中，
通过调整驱动杠杆梁1311的尺寸、截面形状、设置间隔中的至少一种参数调整驱动杠杆部
分131的弯曲刚度；

[0057] 在本实施方式中，检测杠杆部分132包括：多个检测杠杆梁1321，检测杠杆梁1321沿杠杆支点梁133的轴向等间隔的在杠杆支点梁133上排列布置；在本实施方式中，在检测
杠杆梁1321远离杠杆支点梁133的一端还可以设置横梁与所有的检测杠杆梁1321的端部相
连接，进一步通过横梁与检测质量块12固定。其中，通过调整检测杠杆梁1321的尺寸、截面
形状、设置间隔中的至少一种参数调整驱动杠杆部分131的弯曲刚度。

[0058] 在本实施方式中，检测杠杆部分132的宽度要大于驱动杠杆部分131，即检测杠杆部分132中检测杠杆梁1321的最大间隔距离要大于驱动杠杆梁1311的最大间隔距离。同时
还可将检测杠杆梁1321数量设置为多于驱动杠杆梁1311，也可以将检测杠杆梁1321的尺寸
（如粗细）设置为大于驱动杠杆梁1311。

[0059] 结合图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式，杠杆支点梁133轴向两端分别设置有连接锚点1331，在本实施方式中，连接锚点1331通过弹性梁1331a与驱动质量块11相连
接。在本实施方式中，杠杆支点梁133是不与驱动质量块11直接接触的，其起到连接驱动杠
杆部分131、检测杠杆部分132的作用，并且其通过端部设置的锚点和弹性梁1331a连接在驱
动质量块11。在本实施方式中，驱动质量块11为一内部具有镂空结构的扁平结构，其包括间
隔的设置的上下两个驱动质量块部分a，杠杆支点梁133即水平的位于两个驱动质量块部分
的间隔之间，而两个驱动质量块部分a通过边缘位置的连接臂b相互连接在一起。锚点1331
设置在杠杆支点梁133的端部时，其也不与两个驱动质量块部分a接触，仅通过弹性梁1331a
与连接臂b相互连接。在本实施方式中，弹性梁1331a为一种迂回状的折弯梁。

[0060] 结合图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式，驱动质量块11和检测质量块12均为扁平结构，且与解耦结构13处于同一平面内；在本实施方式中，多个杠杆式解耦单元1
的检测质量块12相互弹性连接；多个杠杆式解耦单元1的驱动质量块11相互弹性连接。在本
实施方式中，多个杠杆式解耦单元1的检测质量块12相互之间通过锚点（设置有弹性连接结
构）或弹性梁相互弹性连接，以实现各检测质量块12之间可产生相对弹性运动。

[0061] 如图1所示，根据本发明的一种实施方式，每个杠杆式解耦单元1的驱动质量块11的相对两侧均设置有驱动结构14；在本实施方式中，驱动结构14用于驱动驱动质量块11沿
平行于解耦结构13的方向往复移动。在本实施方式中，驱动结构14采用梳齿结构产生的水
平静电力驱动驱动质量块11。通过设置的驱动结构14可在水平方向推动各自连接的驱动质
量块11产生运动。

[0062] 如图1所示，根据本发明的一种实施方式，耦合单元2包括：第一连接梁21、第二连接梁22、第三连接梁23和耦合锚点24。在本实施方式中，第二连接梁22为弹性梁，用于连接
左右两侧相邻驱动质量块11上的驱动结构14。在本实施方式中，第一连接梁21为杆状梁，其
设置于面内敏感轴微机械陀螺左右两侧的最外侧，在其端部和中部位置均设置有弹性连接
部211，其端部位置的弹性连接部211用于连接间隔设置的驱动质量块11上的驱动结构14，
其中部位置的弹性连接部211用于连接相邻的检测质量块12。在本实施方式中，第三连接梁
23为弹性梁，其设置于面内敏感轴微机械陀螺的中部位置，用于连接相邻检测质量块12；由
于本实施方式中采用四个杠杆式解耦单元1的组合方式，进而中间位置的第三连接梁23恰
好能够与四个检测质量块12均连接。在本实施方式中，耦合锚点24设置有弹性连接结构，通
过弹性连接结构与相邻的检测质量块12相连接；在本实施方式中，耦合锚点24用于对上下
两侧的检测质量块12的中部位置相连接，进而耦合锚点24位于第三连接梁23和第一连接梁
21之间。

[0063] 如图1所示，根据本发明的一种实施方式，第二连接梁22包括：具有弹性的菱形连接架221，在菱形连接架221长度方向的两端设置的弹性梁222；在本实施方式中，菱形连接
架221为长度大于宽度的对称菱形框架结构。在本实施方式中，菱形连接架221宽度方向的
两端与相邻的驱动结构14相连接，弹性梁222相对的两端与相邻的驱动结构14相连接。在本
实施方式中，弹性梁222为杆状结构，其相互平行的设置在菱形连接架221长度方向的两端，
且菱形连接架221的端部与弹性梁222的中间位置相连接。

[0064] 通过上述设置，第二连接梁22采用菱形连接架和弹性梁的组合结构，构成了菱形耦合结构，该菱形耦合结构的优势在于将驱动质量块的反相差分运动模态和同相运动模态
的频率分离开，陀螺需要的是反相差分运动模态（即驱动模态），通过菱形耦合结构的设计
能将同向运动模态的频率设计到远高于反相差分运动模态，从而减小陀螺工作时的干扰模
态，减小模态耦合误差。

[0065] 为进一步说明本发明，结合附图对本申请方案的工作模态做进一步说明。

[0066] 1.驱动模态：

[0067] 通过驱动结构中梳齿结构产生的水平静电力推动驱动质量块11，在水平方向（即面内敏感轴微机械陀螺的平面方向）往复运动，此时本发明的陀螺中四个驱动质量块11在
水平方向进行来回的切向运动，如图3所示。

[0068] 2.检测模态：

[0069] 当在面内敏感轴微机械陀螺的面内敏感轴方向（陀螺结构的厚度方向称为面外方向，长和宽的方向称为面内方向，这里指平行于陀螺平面的两个方向）有角速度输入时，在
驱动质量块11上会产生法向方向的哥氏力，从而通过杠杆式的解耦结构13带动检测质量块
实现法向方向的扭转运动。通过在检测质量块下方（及检测质量块一侧）设置检测电极能够
敏感位移的变化，从而解调出外界角速度的输入。该陀螺的检测模态如图4所示.

[0070] 在本实施方式中，为检测扭转运动。从图3可以看到，本发明的面内敏感轴微机械陀螺的驱动模态中，驱动质量块11的水平运动不带动检测质量块12，只有当哥氏力作用时
的驱动质量块11法向运动才会带动检测质量块12，因此实现了模态解耦。

[0071] 通过上述设置，本发明的解耦结构13不仅实现了面内陀螺的驱动模态和检测模态解耦，还通过杠杆的放大作用提升了面内敏感轴微机械陀螺的信噪比。

[0072] 通过上述设置，本发明整体结构由对称的多个杠杆式解耦单元组成，通过耦合单元将其连接起来，实现差分运动，从而有效消除了外界环境影响，提高稳定性。

[0073] 通过上述设置，本发明的杠杆式解耦结构13，在驱动杠杆部分和检测杠杆部分的设计中采用不同弯曲刚度（通过改变梁宽、截面形状等方式实现）的多梁杠杆，将驱动杠杆
部分在水平方向的弯曲刚度减小的同时增大法向方向的弯曲刚度。同时通过锚点支撑的杠
杆支点梁的隔离作用，使得由驱动杠杆部分的水平弯曲引起的检测杠杆部分水平位移大幅
减小，从而更加有效的实现了模态解耦。

[0074] 通过上述设置，由于解耦结构13中驱动杠杆部分和检测杠杆部分的法向弯曲刚度较大，能够实现驱动质量块的法向方向位移传递到检测质量块，从而有效的实现了本发明
对角速度的检测。

[0075] 通过上述设置，由于杠杆具有位移放大的效果，进而本发明的解耦结构13通过合理设计驱动杠杆部分的力臂与检测杠杆部分的力臂的比例可以实现检测位移的放大，提升
检测质量块的法向位移，从而提升本发明的信噪比。

[0076] 通过上述设置，本发明的面内敏感轴微机械陀螺，基于梳齿静电驱动，平板电容检测的原理，具有检测电容大、灵敏度高，而且加工方便的优点。此外，采用了四个对称的大面
积敏感质量块（四个驱动质量块和四个检测质量块），可以构成差分检测，把外界的相同的
干扰给差分掉，进一步保证了高灵敏度，强抗干扰能力的优势。此外，该结构具有驱动模态
和检测模态解耦的优势，能够有效抑制加工误差导致的模态耦合误差，从而提升陀螺的稳
定性。

[0077] 通过上述设置，本发明所特有的解耦结构，能够实现MEMS面内陀螺的模态解耦。通过设计多梁的水平弯曲刚度和法向弯曲刚度，实现了水平方向的解耦和法向方向的耦合。

[0078] 上述内容仅为本发明的具体方案的例子，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。

[0079] 以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修
改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。